Geothermische energie onderscheidt zich door heel wat troeven: schoon, 24/7 beschikbaar, ter plaatse gewonnen en omkeerbaar (productie van warmte en koude). Niet alleen ligt het rendement hoger dan bij aerothermische warmtepompen, geothermie maakt seizoensopslag van aardwarmte mogelijk. Bij een correcte exploitatie, gaat het bovendien om een hernieuwbare energie. Een te klein of overbevraagd systeem kan de natuurlijke regeneratie van het ondergronds reservoir in het gedrang brengen en zo afbreuk doen aan de prestaties. De op de markt beschikbare geothermische warmtepompen voldoen enkel aan de energiebehoeften van gebouwen. Terwijl ze warmte uit de ondergrond halen, houden ze geen rekening met de toestand van het natuurlijk reservoir.
Onderzoek leidt tot meer inzicht in de wisselwerking tussen de ondergrond, de installaties en het energieverbruik. Dat blijft dus essentieel met het oog op een optimalisering van de technologie en het garanderen van de duurzaamheid.
Samenwerking tussen ingenieurs en geowetenschappers
Aan de ULB werken Pierre Gerard van het geomechanisch laboratorium (BATir) en Corentin Caudron van de dienst G-Time al verschillende jaren samen aan oplossingen voor het monitoren van de ondergrond. Ze willen geothermische operaties nauwkeurig kunnen opvolgen om hun duurzaamheid en hun hernieuwbaar karakter te waarborgen.
Twee ontwikkelde strategieën gaan uit van dezelfde technologie: de aanleg van optische vezels in de ondergrond langs geothermische voelers. De eerste strategie wil het temperatuurveld in de ondergrond rond de geothermische voelers in real time in kaart brengen op basis van lokale temperatuurmetingen via de optische vezels. De andere strategie maakt gebruik van seismische passiviteit (een technologie gebaseerd op seismisch omgevingsgeluid) en levert gegevens op omtrent de spanning en de temperatuur in de ondergrond met een hoge ruimtelijke en tijdelijke resolutie.
Die sensoren via optische vezels worden langs geothermische voelers geactiveerd bij hun installatie in de ondergrond. Ze interfereren niet met de geothermische operaties. Bijgevolg zijn ze bijzonder geschikt om die operaties op verschillende schalen en in uiteenlopende geologische omgevingen op te volgen.
Usquare: een testsite in dienst van het onderzoek
In het kader van hun activiteiten werkten beide onderzoeksteams mee aan de aanleg van optische vezels langs een reeks in Usquare geboorde warmtewisselaars, op de site van de voormalige rijkswachtkazerne in Elsene. Die installatie maakt gebruikt van een geothermisch systeem op lage temperatuur en geringe diepte. De Maatschappij voor Stedelijke Inrichting (MSI) werd door het Brussels Hoofdstedelijk Gewest aangezocht om de verschillende operaties op de site te coördineren en is de aanbestedende overheid die de interessante wetenschappelijke samenwerking mogelijk maakt.
In totaal werden 14 geothermische voelers op een diepte van 115 meter voorzien van verschillende FBG-netwerkcombinaties (Fiber Bragg Grating) voor een nauwkeurige en gerichte meting van de temperatuur en de vervorming van de ondergrond. ‘DAS’ kabels detecteren de verspreide spanning. De horizontaal aangelegde optische vezelkabel zorgt voor 3D-beelden van de site.
Die infrastructuur reikt informatie aan over de respons van de ondergrond tijdens de extractie uit of de injectie van warmte in de ondergrond. Het veld met momenteel 132 geboorde warmtewisselaars bij USquare zal een warmtenetwerk met een oppervlakte van 3,95 hectare voeden.
Uit de eerste resultaten blijkt dat de meting van seismisch geluid (het bereik ervan in functie van de diepte) waardevolle informatie oplevert rond de geothermische eigenschappen van de ondergrond. Bovendien kan aan de hand van regelmatige verticale temperatuurprofielen de lokale geothermische gradiënt worden ingeschat, evenals de schommelingen na boring. Die vooruitgang opent veelbelovende perspectieven: ze geeft niet alleen meer inzicht in geothermische systemen, maar effent ook het pad naar hun optimalisering.
Aangezien ons land onlangs besliste om in verschillende regio’s en uiteenlopende contexten massaal in geothermie te investeren, zullen die resultaten een impact van betekenis hebben op andere projecten waarvoor de karakterisering van geothermale reservoirs cruciaal is.
Er staan de teams nog heel wat uitdagingen te wachten: er is verder diepgaand onderzoek nodig om de mechanismen van geothermie volledig bloot te leggen en ze zo ten volle te kunnen benutten zonder het leefmilieu te zwaar te belasten.
Auteurs:
Pierre Gerard – Polytechnische School Brussel, Dienst BATir, Geomechanisch Laboratorium (Professor)
Corentin Caudron – Faculteit Wetenschappen, Dienst G-Time (Docent, WelRI-onderzoeker)
Julie Blavier – Wetenschappelijk adviseur, Knowledge Transfer Office, Departement Onderzoek aan de ULB
Antoine Delers – Communicatieadviseur, Departement Onderzoek aan de ULB
De installatie van de optische vezels en de apparatuur voor bodemonderzoek werd mogelijk gemaakt dankzij de financiering die de ULB ontving in het kader van het Europese herstelplan (Plan voor herstel en veerkracht, NextGenerationEU, onderdeel REPower EU) en de Fédération Wallonie-Bruxelles.
